베타 붕괴 안정적인 아이소바

Beta-decay stable isobars

베타 붕괴 안정 동위원소는 베타 붕괴를 겪을 수 없는 핵종의 집합, 즉 중성자가 양성자로, 또는 양성자가 핵 내에서 중성자로 변환되는 것입니다. 또한 이 핵종들의 부분집합은 이중 베타 붕괴나 이론적으로 더 높은 동시 베타 붕괴에 대해서도 안정적인데, 이는 동일한 질량수를 가진 모든 동위원소들 중 가장 낮은 에너지를 가지고 있기 때문입니다.

이 핵종 세트는 베타 안정성 라인으로도 알려져 있으며, 이 용어는 1965년에 이미 일반적으로 사용되고 있습니다.[1][2] 이 선은 안정의 핵 계곡의 바닥을 따라 놓여 있습니다.

서론

베타 안정성의 선은 C. F. Weizsäker에 의해 개발된 고전적인 반경험적 질량 공식과 같은 모델에 의해 주어진 질량 수에 대해 가장 큰 결합 에너지를 갖는 핵종을 찾음으로써 수학적으로 정의될 수 있습니다. 이러한 핵종은 주어진 질량수에 대한 결합 에너지 측면에서 국소적인 최대치입니다.

β 붕괴 안정적인/ 심지어 A
βDS 하나. 두명 세개
2-34 17
36-58 6 6
60-72 5 2
74-116 2 20
118-154 2 12 5
156-192 5 14
194-210 6 3
212-262 7 19
총 50 75 6

모든 홀수 질량수는 베타 붕괴 안정 핵종을 하나만 가지고 있습니다.

짝수 질량수 중에서 5개(124, 130, 136, 150, 154)는 3개의 베타 안정 핵종을 가지고 있습니다. 아무도 3개를 넘지 않습니다. 나머지는 모두 1개 또는 2개를 갖습니다.

  • 2개부터 34개까지 모두 하나만 있습니다.
  • 36부터 72까지 8명(36, 40, 46, 50, 54, 58, 64, 70)만이 2명을 가지고 있고 나머지 11명은 1명을 가지고 있습니다.
  • 74부터 122까지 3명(88, 90, 118)은 1명, 나머지 22명은 2명입니다.
  • 124개에서 154개까지는 1개만 있고, 5개는 3개, 나머지 10개는 2개입니다.
  • 156년부터 262년까지 18개만 1개를 가지고 있고, 나머지 36개는 2개를 가지고 있지만, 아직 발견되지 않은 것도 있을 수 있습니다.

K, V, Rb, Cd, In, La, Lu 및 Re를 제외한 모든 원시 핵종은 베타 붕괴 안정적입니다. 또한 Te와 Ta는 붕괴가 관찰되지는 않았지만, 반감기(10년15 이상)가 매우 긴 베타 붕괴를 겪는 것으로 추정됩니다. (123Te는 Sb로만 전자 포획을 할 수 있는 반면, Ta는 Hf 또는 W로 양방향 붕괴를 할 수 있습니다.) 비원시 핵종 중에는 이론적으로 가능하지만 전혀 관찰되지 않은 베타 붕괴 사례가 있으며, 특히 Rn과 Cm(모든 붕괴 모드를 고려할 때 원소 중 가장 안정적인 동위원소)이 포함됩니다. 마지막으로, Ca와 Zr은 베타 붕괴를 겪지 않는 것으로 관측되었으나(이론적으로 둘 다 가능), 이중 베타 붕괴는 둘 다에 대해 알려져 있습니다. 테크네튬과 프로메튬을 제외한 노벨륨까지의 모든 원소는 적어도 하나의 베타 안정 동위원소를 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다.

알려진 베타 붕괴 안정 동위 원소 목록

참고 항목: 안정 동위 원소 목록

현재 350종의 베타 decay 안정 핵종이 알려져 있습니다. 이론적으로 예측되거나 실험적으로 관찰된 이중 베타 붕괴는 화살표로 표시됩니다. 즉, 화살표는 가장 가벼운 질량의 이소바를 가리킵니다. (특히 무거운 원소의 경우 알파 붕괴나 자발적인 핵분열에 의해 지배되기도 합니다.)[5]

양성자 번호 43 또는 61을 갖는 베타-붕괴 안정 핵종은 없고, 중성자 번호 19, 21, 35, 39, 45, 61, 71, 89, 115, 123 또는 147을 갖는 베타-붕괴 안정 핵종은 없습니다. 홀수 중성자 번호 1, 3, 5, 7, 55, 85에 대해 두 개의 베타 붕괴 안정 핵종이 존재합니다. 4 ≤ N ≤ 160 범위의 짝수 중성자 수에 대해 적어도 두 개의 베타 decay 안정 핵종이 존재하며, N = 4, 6, 8, 120, 128에 대해 정확히 두 개입니다. N = 82의 경우 7개의 베타 decay 안정 핵종이 존재하고 N = 20, 50, 58, 74, 78, 88, 90의 경우 5개가 존재합니다.

짝수N 홀수N
짝수Z 이븐에이 홀수 A
홀수Z 홀수 A 이븐에이
알려진 모든 베타 붕괴 안정 동위원소는 질량수에 따라 분류됩니다.
홀수 A 이븐에이 홀수 A 이븐에이 홀수 A 이븐에이 홀수 A 이븐에이
1아 2아 3히 4히 5그(n) 6리 7리 8Be (α)
9비 10나 11나 12다 13다 14N 15N 16오
17오 18오 19바 20네 21네 22네 23나 24Mg
25Mg 26Mg 27알 28시 29시 30시 31P 32스
33스 34스 35클 S ← Ar 37클 38아르 39K Ar ← Ca
41K 42카 43카 44카 45스크 Ca → Ti 47티 48티[a]
49티 Ti ← Cr 51브 52Cr 53Cr Cr ← Fe 55Mn 56페
57페 Fe ← Ni 59코 60니 61니 62니 63큐 Ni ← Zn
65큐 66Zn 67Zn 68Zn 69가 Zn → Ge 71가 72게
73게 Ge ← Se 75아 Ge → Se 77세 Se ← Kr 79브르 Se → Kr
81브르 Se → Kr 83크르 Kr ← Sr 85Rb Kr → Sr 87스르 88스르
89와이 90Zr 91Zr Zr ← Mo 93Nb Zr → Mo 95모 모 ← 루
97모 모 → 루 99루 모 → 루 101루 Ru ← Pd 103Rh Ru → Pd
105PD Pd ← Cd 107아그 Pd ← Cd 109아그 Pd → Cd 111Cd Cd ← Sn
113인 Cd → Sn 115Sn Cd → Sn 117Sn 118Sn 119Sn Sn ← Te
121Sb Sn → Te 123Sb 124Sn → 124Te ← 124Xe 125테 Te ← Xe 127나 Te → Xe
129Xe 130Te → 130Xe ← 130Ba 131Xe Xe ← Ba 133Cs Xe → Ba 135바 136Xe → 136Ba ← 136Ce
137바 Ba ← Ce 139라 140쎄 141프르 Ce → Nd 143Nd Nd(α) ← Sm
145Nd Nd → Sm(α) 147Sm(α) Nd → Sm(α) 149스엠 150Nd → 150Sm ← 150Gd (α) 151Eu(α) Sm ← Gd
153에우 154Sm → 154Gd ← 154Dy (α) 155그디 Gd ← Dy 157그디 Gd ← Dy 159Tb Gd → Dy
161다이 Dy ← Er 163다이 Dy ← Er 165호 166어 167어 Er ← Yb
169Tm Er → Yb 171이브 172이브 173이브 Yb ← Hf (α) 175루 Yb → Hf
177Hf 178Hf 179Hf Hf ← W (α) 181타 182W 183W W ← Os (α)
185레 W → Os (α) 187오스 188오스 189오스 Os ← Pt(α) 191어 OS → Pt
193어 194Pt 195Pt Pt ← Hg 197아우 Pt → Hg 199흐그 200흐그
201흐그 202흐그 203Tl Hg → Pb 205Tl 206피비 207피비 208피비
209Bi(α) 210Po(α) 211Po(α) Po(α) ← Rn(α) 213Po(α) Po(α) ← Rn(α) 215at(α) Po(α) → Rn(α)
217Rn(α) Rn(α) ← Ra(α) 219Fr(α) Rn(α) → Ra(α) 221Ra(α) 222Ra[c](α) 223Ra(α) Ra(α) ← Th(α)
225Ac(α) Ra(α) → Th(α) 227Th(α) 228Th(α) 229Th(α) Th(α) ← U(α) 231Pa(α) Th(α) → U(α)
233U(α) 234U(α) 235U(α) U(α) ← Pu(α) 237Np(α) U(α) → Pu(α) 239Pu(α) 240Pu(α)
241Am(α) Pu(α) ← Cm(α) 243Am(α) Pu(α) → Cm(α) 245Cm(α) 246Cm(α) 247Bk(α) Cm(α) → Cf(α)
249Cf(α) 250Cf(α) 251Cf(α) Cf(α) ← Fm(α) 253Es(α) Cf(SF) → Fm(α) 255Fm(α) 256Cf (SF) → 256Fm (SF)
257Fm(α) 258Fm (SF) ← 258No (SF) 259Md(SF) 260Fm (SF) → 260No (SF) 262아니요(SF)
Z = 149, N = 256까지의 알려진 핵종과 예측 핵종에 대한 하나의 관리도. 검정은 예측된 베타 안정성 선을 나타내며, 이는 실험 데이터와 잘 일치합니다. 안정성의 섬들은 Ds와 126 근처에서 중심이 될 것으로 예상되며, 이를 넘어서 모델은 반경험적 질량 공식의 여러 규칙에서 벗어나는 것으로 보입니다.[9]

A ≥ 209를 가진 모든 베타 붕괴 안정 핵종은 알파 붕괴를 겪는 것으로 알려져 있지만, 일부는 자발 핵분열이 지배적인 붕괴 모드입니다. No를 제외하고 A > 260인 핵종은 베타 안정성으로 확정적으로 확인되었습니다. 260Fm과 No는 확인되지 않았습니다.[4] 또한 개별 질량 A > 257에 대해 알려진 베타 안정 핵은 완전한 집합을 나타내지 않을 수 있습니다.[9][10]

베타 안정성의 일반적인 패턴은 안정성 계곡의 정확한 위치는 모델에 따라 다르지만 슈퍼헤비 엘리먼트 영역에서도 계속될 것으로 예상됩니다. 이 지역에서 포탄 폐쇄에 의해 안정화되는 코페르니슘 주변의 원소들은 베타 안정선을 따라 안정의 섬이 존재한다고 널리 알려져 있습니다. 이러한 동위 원소들은 주로 알파 붕괴나 자발적인 핵분열을 통해 붕괴될 것입니다.[11] 안정성의 섬을 넘어, 알려진 많은 베타 안정 동위원소를 정확하게 예측하는 다양한 모델은 동일한 홀수 질량을 가진 두 개의 베타 안정 핵종이 존재하는 것과 같이 알려진 핵종에서 관찰되지 않는 베타 안정성 라인의 이상을 예측하기도 합니다.[9][12] 이것은 반경험적 질량 공식이 무거운 핵종에 대해 훨씬 더 명백해지는 포탄 수정과 핵 변형을 고려해야 한다는 사실의 결과입니다.[12][13]

최소 질량을 향한 베타 붕괴

베타 붕괴는 일반적으로 동위 원소들이 가장 낮은 질량을 가진 동위 원소를 향해 붕괴하게 하는데, 위의 표에서 이탤릭체로 되어 있지 않은 것들과 같은 질량을 가진 동위 원소들은 종종 가장 높은 결합 에너지를 가진 동위 원소입니다. 따라서 최소 질량 이소바보다 원자 번호가 낮고 중성자 수가 많은 사람은 베타 마이너스 붕괴를 겪는 반면, 원자 번호가 높고 중성자 수가 적은 사람은 베타 플러스 붕괴 또는 전자 포획을 겪습니다. 그러나 붕괴의 대부분이 반대 방향이라는 점에서 예외적인 4가지 핵종이 있습니다.

염소-36 35.96830698 칼륨-40 39.96399848 실버-108 107.905956 프로메튬-146 145.914696
황-36에 2% 35.96708076 아르곤-40까지 11.2% 39.9623831225 팔라듐-108까지 3% 107.903892 사마륨-146에 37% 적용 145.913041
98%: Argon-36 35.967545106 89%~칼슘-40 39.96259098 카드뮴-108에 97% 107.904184 네오디뮴-146에 대해 63% 145.9131169

메모들

  1. ^ 48Ca는 이론적으로 Sc로 베타 붕괴할 수 있으므로 베타 안정 핵종이 아닙니다. 그러나 이와 같은 과정은 관찰된 적이 없는데, 이중 베타 붕괴 반감기보다 긴 1.1+0.8
    −0.6    ×10년21 이상의 부분 반감기를 가지는 것은 일반적으로 이중 베타 붕괴가 먼저 일어난다는 것을 의미합니다.[6]
  2. ^ 96Zr은 이론적으로 Nb로 베타 붕괴할 수 있으므로 베타 안정 핵종이 아닙니다. 그러나 이와 같은 과정은 관찰된 적이 없으며, 이중 베타 붕괴 반감기보다 긴 2.419×10년 이상의 부분 반감기를 가지는 것은 일반적으로 이중 베타 붕괴가 먼저 일어난다는 것을 의미합니다.[7]
  3. ^ AME2016 원자 질량 평가는 Rn에게 Fr보다 낮은 질량을 [4]부여하여 베타 안정성을 의미하지만, Rn의 단일 베타 붕괴는 에너지적으로 가능하며(매우 낮은 붕괴 에너지에도 불구하고)[8] AME2016에서 주어진 오차 한계 내에 속한다고 예측됩니다.[4] 따라서, Rn은 아마도 베타 안정적이지 않을 것이지만, 알파 붕괴 모드만이 실험적으로 그 핵종에 대해 알려져 있고, 베타 붕괴의 탐색은 더 낮은 부분 반감기 한계인 8년을 산출했습니다.[8]

참고문헌

  1. ^ 프로. 인트. 안정선에서 멀리 떨어진 핵종을 왜 그리고 어떻게 조사해야 하는지에 대한 심포지엄", 스웨덴 Lysekil, 1966년 8월, Eds. W. 포슬링, C.J. Herrlander and H. Ryde, 스톡홀름, Almqvist & Wiksell, 1967
  2. ^ Hansen, P. G. (1979). "Nuclei Far Away from the Line of Beta Stability: Studies by On-Line Mass Separation". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 29: 69–119. Bibcode:1979ARNPS..29...69H. doi:10.1146/annurev.ns.29.120179.000441.
  3. ^ "Interactive Chart of Nuclides (Brookhaven National Laboratory)". Archived from the original on 2020-07-25. Retrieved 2009-06-19.
  4. ^ a b c d Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. (2017). "The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  5. ^ Tretyak, V.I.; Zdesenko, Yu.G. (2002). "Tables of Double Beta Decay Data — An Update". At. Data Nucl. Data Tables. 80 (1): 83–116. Bibcode:2002ADNDT..80...83T. doi:10.1006/adnd.2001.0873.
  6. ^ Aunola, M.; Suhonen, J.; Siiskonen, T. (1999). "Shell-model study of the highly forbidden beta decay 48Ca → 48Sc". EPL. 46 (5): 577. Bibcode:1999EL.....46..577A. doi:10.1209/epl/i1999-00301-2.
  7. ^ Finch, S.W.; Tornow, W. (2016). "Search for the β decay of 96Zr". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 806: 70–74. Bibcode:2016NIMPA.806...70F. doi:10.1016/j.nima.2015.09.098.
  8. ^ a b Belli, P.; Bernabei, R.; Cappella, C.; Caracciolo, V.; Cerulli, R.; Danevich, F.A.; Di Marco, A.; Incicchitti, A.; Poda, D.V.; Polischuk, O.G.; Tretyak, V.I. (2014). "Investigation of rare nuclear decays with BaF2 crystal scintillator contaminated by radium". European Physical Journal A. 50 (9): 134–143. arXiv:1407.5844. Bibcode:2014EPJA...50..134B. doi:10.1140/epja/i2014-14134-6. S2CID 118513731.
  9. ^ a b c Koura, H. (2011). Decay modes and a limit of existence of nuclei in the superheavy mass region (PDF). 4th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements. Retrieved 18 November 2018.
  10. ^ Koura, H.; Katakura, J; Tachibana, T; Minato, F (2015). "Chart of the Nuclides". Japan Atomic Energy Agency. Retrieved 30 October 2018.
  11. ^ Zagrebaev, Valeriy; Karpov, Alexander; Greiner, Walter (2013). "Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?" (PDF). Journal of Physics. 420 (1): 012001. arXiv:1207.5700. Bibcode:2013JPhCS.420a2001Z. doi:10.1088/1742-6596/420/1/012001. S2CID 55434734.
  12. ^ a b Möller, P.; Sierk, A.J.; Ichikawa, T.; Sagawa, H. (2016). "Nuclear ground-state masses and deformations: FRDM(2012)". Atomic Data and Nuclear Data Tables. 109–110: 1–204. arXiv:1508.06294. Bibcode:2016ADNDT.109....1M. doi:10.1016/j.adt.2015.10.002. S2CID 118707897.
  13. ^ Möller, P. (2016). "The limits of the nuclear chart set by fission and alpha decay" (PDF). EPJ Web of Conferences. 131: 03002:1–8. Bibcode:2016EPJWC.13103002M. doi:10.1051/epjconf/201613103002.

외부 링크